一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法与流程

技术特征：

1.一种高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，所述高海拔隧道为双洞单线隧道，并在隧道中部设置有紧急救援站；所述双洞单线隧道之间等距离间隔设置有人行通道；

在所述高海拔隧道拱顶处等间隔设有与排烟口相连的排烟竖井，所述排烟竖井通过横向排烟道与纵向排烟道连通，所述纵向排烟道与斜井连通，通过所述斜井排出隧道内的烟气，并构成集中排烟系统；其特征是：

所述分阶段灭火救援系统包括：细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统；

所述细水雾灭火子系统，包括：消防池(1)、消防给水管道(2)、细水雾供水管主管(3)、给水阀门(4)、可调增压水泵(5)、细水雾供水管支管(6)、细水雾喷头(7)、火灾探测器(8)；

所述消防池(1)与设置在隧道侧壁上的消防给水管道(2)连接，所述消防给水管道(2)依次与细水雾供水管主管(3)、可调增压水泵(5)、细水雾供水管支管(6)、细水雾喷头(7)连接，在所述细水雾供水管主管(3)与所述可调增压水泵(5)之间设置有给水阀门(4)；在所述细水雾灭火子系统所在的隧道顶部设置有火灾探测器(8)；

所述防沉降控烟子系统设置在人行通道附近，并包括：传感控制器(9)、射流风机主体(10)、转动台(11)、升降装置(12)、滑动装置(13)、固定隔板(14)、滑动轨道(15)和发动机(16)、烟雾检测器(23)和温度检测器(24)；

所述滑动装置(13)包括：滑动带动杆(17)、滑动轮(18)；

所述滑动装置(13)固定在隧道顶部，并通过驱动所述滑动带动杆(17)从而带动所述滑动轮(18)滚动；在所述滑动装置(13)的下方设置有固定隔板(14)；所述固定隔板(14)上设置有所述发动机(16)，并驱动所述升降带动杆(19)自转并带动其两端的升降滚轮(20)转动，从而使得所述升降支架(21)实现伸缩；

所述升降装置(12)包括：升降带动杆(19)、升降滚轮(20)、升降支架(21)；

在所述升降支架(21)的末端设置有所述转动台(11)，在所述转动台(11)上设置有射流风机主体(10)；在所述转动台(11)和射流风机主体(10)之间设置有伸缩管(22)，以所述发动机(16)驱动所述伸缩管(22)伸缩从而使得射流风机主体(10)实现角度倾斜；

所述防沉降控烟子系统所在的隧道侧壁上设置有烟雾检测器(23)和温度检测器(24)，并分别与传感控制器(9)连接；

所述防热障效应及烟气吸穿子系统，包括：挡烟垂壁(25)、百叶窗辅助装置(26)、变压吸附制氧机(27)、氮气吸附机(28)、氮气储气囊(29)、输氮管(30)、输氮支管(31)、氮气加热器(32)、可调节式排气阀(33)、气体分析仪(34)；

所述变压吸附制氧机(27)设置在紧急救援站中，并通过氮气吸附机(28)与氮气储气囊(29)连接，所述氮气储气囊(29)通过氮气加热器(32)与隧道顶部的输氮管(30)连接；所述输氮管(30)上等间隔连接有输氮支管(31)，且所述输氮支管(31)分布在横向排烟道中，每个输氮支管(31)分别由一个可调节式排气阀(33)控制；

所述气体分析仪(34)设置在隧道拱顶排烟口附近，并由可调式排气阀(33)控制；

所述挡烟垂壁装置(25)包括：挡烟垂壁板(36)、挡烟垂壁安置凹槽(37)和挡烟垂壁释放部件(38)；

所述挡烟垂壁板(36)的两侧分别为活动侧和固定侧，所述固定侧通过转轴(39)与设置在排烟口附近的挡烟垂壁安置凹槽(37)的一侧转动连接；在所述挡烟垂壁安置凹槽(37)的另一侧上设置有挡烟垂壁释放部件(38)；所述活动端通过所述挡烟垂壁释放部件(38)水平收纳在所述挡烟垂壁安置凹槽(37)中或从所述挡烟垂壁安置凹槽(37)脱离并转动至垂直状态；

所述百叶窗辅助装置(26)设置在排烟口附近，并通过调节电机(44)驱动齿轮(42)链条(43)转动，并带动遮板(41)的转动角度，以实现排烟口的排烟量调节；

所述分段供氧通风子系统，是设置所述紧急救援站及人行通道中，并包括：变压吸附制氧机(27)、氧气储气囊(46)、射流风机(47)，风管(48)、供氧管(49)、调节阀(50)、输氧管(51)、供氧仓(52)、氧气面罩(53)、供氧阀门(54)、流量计、人体检测传感器(55)、显示屏(56)；所述分段供氧通风子系统与烟雾检测器(23)和温度检测器(24)连接；

所述射流风机(47)设置在隧道洞口处，并与设置在隧道拱顶的风管(48)连接，

所述风管(48)通过各个支管与人行通道相连通，同时通过供氧阀门(54)与所述变压吸附制氧机(27)相连，所述变压吸附制氧机(27)与氧气储气囊(46)连接，所述氧气储气囊(46)中的氧气通过供氧管(49)输送给设置在所述人行通道中的各个供氧仓(52)，所述供氧仓(52)内设置有若干个氧气面罩(53)、所述氧气面罩(53)通过输氧管(51)与供氧管(49)相连，并由调节阀(50)与流量计控制；

所述人体检测传感器由体温传感器、脉搏传感器、呼吸传感器组成，并在人行横通道入口顶部和侧壁各设置两组；所述显示屏(56)设置在供氧仓(52)门口，所述人体检测传感器与所述显示屏(56)均与pic控制器(35)连接；

所述细水雾灭火子系统，防沉降控烟子系统，防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统与和pic控制器(35)连接。

2.一种高海拔隧道分阶段灭火救援方法，根据权利要求1所述的高海拔隧道的分阶段灭火救援系统，其特征是：

按以下步骤进行：

步骤一：所述火灾探测器(8)、烟雾检测器(23)和温度检测器(24)检测隧道情况，当火灾探测器(8)检测到发生火灾时，并行执行步骤二、三、四；

步骤二：所述pic控制器(35)启动附近的几组给水阀门(4)和可调增压水泵(5)，所述给水阀门(4)和可调增压水泵(5)根据所述火灾探测器(8)判断的火源位置，按照火源距离的远近调整几组可调增压水泵(5)的水压及排水量的大小；

步骤三：所述pic控制器(35)将储存在氮气储气囊(29)中的氮气输送到氮气加热器(32)并开启氮气加热器(32)；

步骤四：所述pic控制器(35)开启火源位置附近的几组供氧阀门及调节阀(50)，供氧装置开始在供氧仓中供氧，调节阀调节气压使供氧仓氧气浓度达到一定值，若人体检测传感器检测到人员，则同时执行步骤十；

步骤五：当烟雾检测器(23)检测到烟气浓度低于危险值或所述温度检测器(24)检测到温度低于危险值时，给水阀门(4)和可调增压水泵(5)停止、pic控制器(35)停止氮气输送及氮气加热器(32)运作，调节阀降低供氧浓度，否则并行步骤六、七；

步骤六：烟雾检测器(23)和温度检测器(24)将探测到的烟气浓度和温度数据传输给传感控制器(9)，所述传感控制器(9)启动附近的防沉降控烟子系统的发动机(16)，并调节转动台(11)、升降装置(12)、滑动装置(13)及射流风机主体(10)的送风量，达到防烟气沉降的目的；

步骤七：所述传感控制器(9)开启该排烟口附近的挡烟垂壁释放部件，释放挡烟垂壁主体的活动端，使挡烟垂壁主体垂直放置隔档烟气，以防发生热障效应，当烟雾检测器(23)和温度检测器(24)检测到烟气浓度和温度低于危险值时，停止防沉降控烟子系统并回收挡烟垂壁主体的活动端，否则并行步骤八；

步骤八：氮气加热器(32)将氮气加热至设定温度后通过输氮管(30)输送到隧道顶部的输氮支管(31)，气体分析仪(34)分析排烟口附近烟雾浓度，将数据传送至pic控制器，通过比较排烟口下方烟雾浓度与附近烟气浓度，在浓度差超过危险值的排烟口处开启输氮管排气阀及输氮支管排气阀，将高温氮气经可调节式喷嘴充入排烟口上方；

步骤九：开启该排烟口附近的百叶窗辅助装置齿轮电机，将百叶窗平行遮板通过电机链条与齿轮传动调节至相应角度，当浓度差低于危险值时，停止输氮管排气阀、输氮支管排气阀及百叶窗辅助装置齿轮电机；

步骤十：所述人体检测传感器将检测到的人员体温、脉搏、呼吸状况等数据传输至pic控制器(35)，通过分析得出人员的缺氧指数，并根据缺氧指数控制调节阀(50)调节氧气浓度使不同供氧仓(52)提供合适的氧气浓度，并将人体不同缺氧程度的症状显示在显示屏(56)上，提示人员去合适的供氧仓(52)中，达到分段供氧的目的，流量计检测氧气面罩(53)的氧气流量，实时反馈给pic控制器(35)。

技术总结
本发明公开了一种高海拔隧道分阶段灭火救援系统及方法，系统包括细水雾灭火子系统、防沉降控烟子系统、防热障效应及烟气吸穿子系统和分段供氧子系统。细水雾灭火子系统通过传感控制器控制细水雾喷头，根据温度高低喷射水雾；防沉降控烟子系统通过升降滑动装置调整射流风机主体位置，阻制烟雾沉降扩散；防热障效应及烟气吸穿子系统在可能发生烟气吸穿现象的排烟口通过充入加热氮气、开启垂直挡壁、调整百叶窗防止吸穿现象发生；分段供氧子系统设置在人行横通道内，保障逃离至横通道的人员的氧气供应和基本医疗。本发明可实现高海拔公路隧道发生火灾的情况下，及时进行火情和烟雾控制，并保障高海拔隧道待救援人员的基本生存和医疗条件。

技术研发人员：唐飞;黎曼;邱博;胡隆华;张晓磊
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：2021.03.23
技术公布日：2021.07.02